IGCSE 食品与营养学 (0648) 学习笔记：食物的保藏 (第11章)
你好，未来的食品科学家们！👋
本章的主题是如何让食物更安全、更持久地食用。为什么这很重要呢？因为食品保藏不仅能帮助我们减少浪费、节省开支，还能让我们一年四季都能享用到各种时令食材。保藏方法本质上是一场对抗食品腐败“微小敌人”（微生物和酶）的战略部署。
让我们一起深入探索，掌握让食物长久保鲜的科学吧！
1. 食品保藏的原因
我们为什么要费力进行食品保藏？虽然这需要时间和能源，但其好处是巨大的！
食品保藏的原因：
- 防止腐败： 抑制细菌、酵母菌、霉菌和酶的活动，避免食物变得不安全或无法食用。
- 延长保质期： 使食物能够储存更长时间（例如：从几周延长到几年）。
- 保持营养价值： 虽然某些营养素会流失，但与食物彻底腐烂变质相比，保藏旨在尽可能多地保留营养成分。
- 提供多样性： 让我们能够吃到反季节食物（例如：冬天的罐装水果）。
- 促进分销和运输： 保藏食品（如干货或罐头）可以长途运输，而无需立即冷藏。
- 节省开支： 在食物廉价时批量购买并保藏起来，供以后使用。
核心要点： 保藏让我们能够掌控食物资源的使用时间和方式，使全球的食物供应更安全、更可靠。
2. 保藏原则：抑制腐败
在了解各种方法之前，我们必须先掌握其背后的原则。引起腐败的生物（如细菌）需要特定条件才能繁殖。保藏方法的作用原理就是去除或限制其中的一种或多种条件。
腐败生物的需求（第10章快速复习）：
微生物 (M/Os) 需要：
- Temperature（温度：温暖环境，通常在 5°C 到 63°C 之间）
- Moisture（水分：水分活度）
- Food（食物：营养物质）
- PH（酸碱度：中性环境）
- Oxygen（氧气：绝大多数霉菌和部分细菌需要）
记忆窍门：T M F P O – 把这看作是让食物腐烂的“配方”！
保藏技术正是通过以下方式针对这些需求：
- 杀死或抑制微生物（利用热处理或化学物质）。
- 减缓微生物活动（利用低温）。
- 去除必要的水分（干燥/脱水）。
- 改变环境（添加酸、盐或糖）。
3. 食品保藏的方法
教学大纲要求你理解以下核心方法及其背后的科学原理：
3a. 加热法（罐装和瓶装）
原理： 高温可以杀死细菌、酵母菌、霉菌，并破坏酶。密封食物则能防止再次污染。
- 罐装 (Canning)： 将食物放入金属罐中，密封排气，并在高压下加热至极高温度（通常高于 115°C）。这可以实现商业无菌，即几乎所有有害微生物及其孢子都被摧毁。
- 瓶装 (Bottling)： 常用于家庭保藏（如制作果酱、酸辣酱）。将热的食物装入消毒过的罐子并密封，有时还会通过沸水浴或压力锅进一步处理。
冷知识： 罐装所用的温度必须足够高，才能杀死肉毒杆菌 (Clostridium botulinum) 的孢子，这种危险的细菌在厌氧（无氧）条件下会产生毒素。
3b. 水分去除（脱水/干燥）
原理： 没有水，微生物就无法生长或繁殖。去除水分可将水分活度 (\(A_w\)) 降低到腐败无法发生的水平以下。
- 工作原理： 利用热量（阳光或烤箱/脱水机）或冷冻（冷冻干燥）去除水分。
- 例子： 果干（葡萄干、杏干）、干药草、奶粉、牛肉干、速溶咖啡。
- 优点： 重量和体积减少，方便运输。
3c. 温度降低（冷冻）
原理： 低温能显著减慢酶的活性和微生物的繁殖。（注意：低温通常不会杀死细菌，只是让它们“休眠”！）
- 冷冻： 储存在 \(–18^\circ\text{C}\) 或更低温度下。水变成冰，使微生物无法利用水分。
- 重要提示： 速冻 (Quick freezing) 更好，因为它产生的冰晶较小，对食物细胞结构的破坏较小，从而在解冻后能更好地保持质地和风味。
类比： 冷冻就像按下你最爱电视节目的“暂停键”。当你取消暂停（解冻食物）时，动作（腐败）就会立刻继续！
3d. 化学保藏（糖、盐、醋）
原理： 这些化学制剂通过渗透作用将水分从食物和微生物细胞中吸出，或者通过创造微生物讨厌的环境（低 pH 值）来发挥作用。
- 糖： 以高浓度使用（如果酱和橘子酱）。高糖分会从腐败生物的细胞中吸出水分，抑制其生长。
- 盐（腌制）： 用于肉类和鱼类。盐通过渗透作用起效，将食物中的水分吸出（例如：咸鱼、腌菜）。
- 醋（酸渍）： 醋具有酸性（低 pH）。大多数腐败细菌无法在高酸性条件下生存（例如：酸黄瓜）。
3e. 现代技术
气调包装 (MAP)
原理： 改变包装内食物周围空气的成分，以减缓化学变化（如油脂酸败）和微生物生长。
- 通常用气体混合物置换空气，主要是提高二氧化碳和/或氮气的比例，降低氧气含量（因为氧气会加速腐败）。
- 用途： 鲜肉、沙拉、预制水果。
辐照 (Irradiation)
原理： 使用受控剂量的电离辐射（如伽马射线）来杀死昆虫、寄生虫和微生物（如沙门氏菌），而不会显著升高食物温度。
- 此过程受到严格监管，在某些国家存在争议，但它是延长保质期的有效方法，特别是对香料和某些新鲜农产品而言。
4. 牛奶的加工与保藏
牛奶营养丰富，但容易变质。特定的热处理工艺对于安全和保藏至关重要。
牛奶保藏的关键点：
1. 巴氏杀菌 (Pasteurisation)
- 过程： 将牛奶加热到特定温度（如 72°C）维持较短时间（如 15 秒），然后迅速冷却。
- 效果： 杀死所有致病菌，提高安全性。它不能杀死所有孢子或非致病菌，因此保质期仍然有限（冷藏条件下仅能保存几天）。
2. 灭菌 (Sterilisation)
- 过程： 将牛奶加热到极高温度（约 113°C 或更高）持续较长时间（约 15–30 分钟）。
- 效果： 杀死所有细菌和孢子。保质期极长，但会导致风味和营养价值发生重大变化（通常带有一种“烧焦”味）。
3. 超高温灭菌 (UHT)
- 过程： 将牛奶加热到极高温度（约 135°C）仅 1–4 秒，然后迅速冷却并进行无菌包装（在无菌条件下）。
- 效果： 结合了灭菌的优点（保质期长，通常 6 个月以上），且比传统灭菌法更好地保留了风味和营养。UHT 牛奶在开封前无需冷藏。
牛奶加工制品：
- 淡炼乳 (Evaporated Milk)： 去除约 60% 的水分，然后灭菌并装罐。质地浓稠顺滑。
- 甜炼乳 (Condensed Milk)： 去除水分并添加大量糖（糖作为主要的防腐剂）。味道甜且质地非常浓稠。
- 奶粉 (Dried Milk)： 将牛奶喷入热空气室中去除几乎所有水分。保质期极长，且运输轻便。
快速复习框： 热处理提高了安全性和保质期，但温度越高（灭菌 > UHT > 巴氏杀菌），牛奶在风味和营养上的变化就越大。
5. 发酵保藏（奶酪和酸奶）
并非所有微生物都是敌人！有些细菌对保藏大有裨益。
原理： 通过控制特定无害细菌（通常是乳酸菌）的生长，将乳糖（牛奶糖）转化为乳酸。这种酸通过降低 pH 值（提高酸度）至腐败生物无法生存的水平，从而起到保鲜作用。
酸奶制作：
- 牛奶经巴氏杀菌并冷却。
- 加入发酵剂（特定细菌，如保加利亚乳杆菌）。
- 混合物进行孵化（保持温暖）。
- 细菌将乳糖发酵成乳酸。
- 酸度的升高导致牛奶蛋白凝固，形成酸奶特有的质地。
奶酪制作：
- 牛奶经巴氏杀菌。
- 加入发酵剂（乳酸菌）。
- 加入一种叫做凝乳酶 (Rennet) 的酶。该酶促使乳蛋白（酪蛋白）迅速凝固，将牛奶分离成固体凝乳和液体乳清。
- 将凝乳（蛋白质和脂肪）沥干、挤压并加盐（盐也有助于保藏）。
- 最后让奶酪成熟或陈化，在此过程中（源于牛奶本身或额外添加的）酶进一步发挥作用，形成独特的风味和质地。
核心要点： 发酵利用有益菌创造出酸性、低 pH 环境，自然抑制有害细菌，从而延长产品寿命。